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第1章 概论1

1.1 概念1

1.2 纳米技术的发展史2

1.3 国内外研究概况和国家发展战略3

1.4 在医药领域的应用6

1.4.1 诊断7

1.4.2 治疗14

1.5 在农业领域的应用30

1.5.1 品种改良30

1.5.2 促进生长30

1.5.3 饲料31

1.5.4 兽药32

1.5.5 肥料32

1.5.6 农药33

1.5.7 促进光合作用33

1.5.8 激素的调节与控制33

1.5.9 植物转基因34

1.5.10 食品加工34

1.6 展望35

主要参考文献35

第2章 纳米生物技术前沿41

2.1 纳米生物技术概述41

2.2 纳米生物学检测技术42

2.2.1 引言42

2.2.2 生物分子的纳米粒子标记和检测技术46

2.2.3 纳米通道技术49

2.2.4 磁共振波谱及成像技术在纳米尺度物质生物效应研究中的应用53

2.2.5 电化学表面等离子体共振技术57

2.2.6 表面增强拉曼散射光谱59

2.3 纳米操作系统63

2.3.1 引言63

2.3.2 纳米操作系统的概念64

2.3.3 典型纳米操作系统64

2.3.4 纳米操作系统的关键技术70

2.3.5 展望72

2.4 纳米机器人和纳米分子仿生学72

2.4.1 纳米机器人72

2.4.2 纳米分子仿生学75

2.5 纳米生物技术在未来计算机中的应用114

2.5.1 引言114

2.5.2 基于DNA的生物计算机115

2.5.3 细菌视紫红质与生物光学计算机120

2.6 生物芯片及其中的纳米技术130

2.6.1 引言130

2.6.2 基因芯片130

2.6.3 蛋白质芯片131

2.6.4 细胞芯片132

2.6.5 芯片实验室132

2.6.6 生物芯片的制作和分析方法133

2.6.7 纳米材料和技术在生物芯片中的应用135

2.6.8 传统的生物芯片与纳米生物芯片的比较136

2.7 纳米生物效应与纳米安全性136

2.7.1 引言136

2.7.2 问题的起源与国际国内发展势态137

2.7.3 纳米生物效应和安全性研究的几个方向139

2.7.4 小结145

主要参考文献146

第3章 纳米生物材料153

3.1 纳米材料的分类154

3.2 纳米生物材料的特性155

3.2.1 纳米生物材料的特异效应155

3.2.2 纳米生物材料的物理化学性能158

3.3 纳米生物材料的制备方法161

3.3.1 固相法161

3.3.2 液相法162

3.3.3 气相法175

3.4 纳米生物医学材料及其应用181

3.4.1 无机纳米生物材料182

3.4.2 有机纳米生物材料199

3.4.3 纳米复合材料206

3.4.4 纳米组织工程材料211

3.4.5 展望216

主要参考文献216

第4章 纳米药物载体225

4.1 概述225

4.2 纳米药物载体的基本类型229

4.2.1 纳米粒的类型229

4.2.2 几种常见的纳米药物载体230

4.3 纳米药物载体的特征232

4.3.1 靶向性232

4.3.2 可控释放性235

4.3.3 生物相容性和生物可降解性238

4.4 纳米药物载体的制备、修饰238

4.4.1 纳米药物载体材料238

4.4.2 纳米药物载体的制备方法239

4.4.3 纳米粒载药方法240

4.4.4 纳米载体的修饰与改性241

4.5 纳米药物载体的应用241

4.5.1 癌症治疗242

4.5.2 基因载体244

4.5.3 疫苗辅剂245

4.5.4 细胞内靶向给药245

4.5.5 定量给药245

4.5.6 口服用药246

4.5.7 眼科用药246

4.5.8 定位显影剂247

4.6 纳米药物载体研究的进展247

4.6.1 半乳糖化白蛋白磁性阿霉素纳米粒的制备及物理性质的研究247

4.6.2 半乳糖化白蛋白磁性阿霉素纳米粒的生物相容性、生物降解性研究249

4.6.3 半乳糖化白蛋白磁性阿霉素纳米粒治疗肝癌的体外实验研究249

4.6.4 半乳糖化白蛋白磁性阿霉素纳米粒对肝癌细胞株HepG2侵袭力的影响253

4.6.5 半乳糖化白蛋白磁性阿霉素纳米粒静脉给药药物毒理实验254

4.6.6 半乳糖化白蛋白磁性阿霉素纳米粒在家兔体内的动力学259

4.6.7 半乳糖化白蛋白磁性纳米粒运载的阿霉素在大鼠体内分布的研究260

4.6.8 半乳糖化白蛋白磁性阿霉素纳米粒在大鼠体内的肝靶向性261

4.7 纳米药物载体的未来262

主要参考文献263

第5章 纳米中药268

5.1 概述268

5.2 纳米中药的特点269

5.2.1 纳米中药的生物利用度提高269

5.2.2 增强靶向性269

5.2.3 缓释功能270

5.2.4 增强原有功效，增加新的功效270

5.2.5 提升传统给药途径270

5.2.6 提高与人体蛋白的相互作用性270

5.3 纳米中药剂型的选择270

5.4 载药纳米粒的类型及制备271

5.4.1 纳米囊与纳米球271

5.4.2 固体脂质纳米粒273

5.4.3 脂质体274

5.4.4 纳米结构脂质载体275

5.4.5 纳米乳275

5.4.6 应用实例276

5.5 中药纳米制剂质量标准的研究277

5.5.1 外观形态及粒径分布277

5.5.2 ξ电位277

5.5.3 包封率和载药量277

5.5.4 体外释药278

5.5.5 渗漏率278

5.5.6 体内药物代谢动力学和体内分布278

5.5.7 药效学试验278

5.5.8 有机溶剂残留量279

5.5.9 其他特殊评价279

5.6 中药材纳米颗粒的性质及其制备279

5.6.1 米雄黄的制备与性质279

5.6.2 纳米石决明的制备与性质281

5.7 纳米中药饮片282

5.8 纳米中药研究中存在的问题282

5.9 纳米中药前景展望283

主要参考文献284

第6章 纳米生物传感器与诊断技术287

6.1 概述287

6.2 生物传感器287

6.2.1 生物传感器的基本概念287

6.2.2 生物传感器的原理288

6.2.3 生物传感器的种类288

6.2.4 生物传感器的发展阶段288

6.3 纳米生物传感器288

6.4 纳米生物传感器中的纳米材料289

6.5 DNA纳米生物传感器295

6.6 纳米微悬梁生物传感器296

6.7 光纤纳米生物传感器296

6.7.1 纳米纤维的制作296

6.7.2 近场光学显微镜和光谱分析仪297

6.7.3 近场光学生物传感器298

6.7.4 光纤纳米生物传感器299

6.7.5 光纤纳米荧光生物传感器299

6.7.6 光纤纳米免疫传感器300

6.7.7 光纤纳米化学传感器301

6.7.8 分子信标生物传感器308

6.8 化学探针的纳米传感器308

6.9 生物探针的纳米传感器309

6.10 磁性探针的纳米传感器309

6.11 纳米图像生物传感器310

6.11.1 纳米头阵列图像传感器310

6.11.2 纳米孔阵列图像传感器311

6.12 纳米细胞传感器312

6.13 纳米粒子生物传感器313

6.14 纳米碳管生物传感器315

6.14.1 生物医学压力传感器315

6.14.2 生物医学气体传感器316

6.14.3 生物医学电磁传感器316

6.15 纳米金颗粒生物传感器316

6.16 纳米生物芯片320

6.16.1 生物芯片的原理及应用320

6.16.2 基因芯片328

6.16.3 药物筛选芯片335

6.16.4 蛋白质芯片336

6.16.5 细胞芯片342

6.16.6 神经芯片343

6.16.7 组织芯片344

6.16.8 芯片实验室344

6.16.9 纳米生物芯片应用前景345

主要参考文献346

第7章 纳米技术在分子生物学中的应用350

7.1 对生物大分子结构、功能及相互关系的研究350

7.1.1 纳米级生物分子的观测350

7.1.2 DNA合成过程、基因调控过程的STM研究352

7.1.3 质粒DNA及其与限制性内切酶相互作用的研究352

7.1.4 对染色体的AFM研究352

7.1.5 对生物分子之间及分子内部的力的测量353

7.1.6 生物大分子动态过程的研究353

7.1.7 生物大分子的直接操纵和改性353

7.2 在纳米尺度上获取信息354

7.3 纳米技术在分子生物学中的应用工程355

7.3.1 生物芯片技术355

7.3.2 分子马达355

7.3.3 纳米生物机器人356

7.3.4 生物大分子的物质装配及应用359

7.3.5 反义核酸技术的应用360

7.4 纳米技术在基因转运与基因工程中的应用361

7.4.1 纳米技术在基因导入治疗中的应用361

7.4.2 纳米粒作为基因转移载体在基因治疗中的应用362

7.4.3 DNA纳米技术和基因治疗369

7.4.4 纳米技术在克隆技术中的应用370

7.4.5 在基因工程中的应用——多肽疫苗及其佐剂371

7.5 纳米技术在核酸中的应用372

7.5.1 核酸提取372

7.5.2 纳米技术用于核酸提取373

7.5.3 纳米技术用于核酸扩增374

7.6 纳米技术在RNAi中的应用375

7.6.1 纳米粒载体中基因的包装与浓缩375

7.6.2 纳米粒载体介导的基因入胞机制376

7.6.3 纳米粒载体在RNA干扰治疗中的应用376

7.7 其他方面的应用377

7.7.1 细胞分离377

7.7.2 细胞内部染色378

7.7.3 发展趋势378

主要参考文献378

第8章 纳米科学技术常用检测仪器与应用382

8.1 扫描探针显微镜382

8.1.1 扫描探针显微镜在生物医学上的应用382

8.1.2 原子力显微镜基本原理384

8.1.3 近场光学显微镜399

8.1.4 弹道电子发射显微镜405

8.1.5 扫描探针显微镜与纳米科技406

8.1.6 扫描探针显微术407

8.1.7 扫描探针显微镜下的奇妙世界409

8.1.8 扫描探针显微镜的应用410

8.2 扫描隧道显微镜413

8.2.1 有关的几个基本概念416

8.2.2 基本原理417

8.2.3 STM控制装置简介420

8.2.4 扫描隧道显微镜420

8.2.5 超高真空扫描隧道显微镜422

8.2.6 扫描隧道显微镜的特点422

8.2.7 在扫描隧道显微镜基础上发展起来的各种新型显微镜423

8.2.8 扫描隧道显微镜的应用前景425

8.3 透射电子显微镜426

8.3.1 基本知识426

8.3.2 透射电子显微镜结构和成像原理428

8.4 纳米压痕技术429

8.4.1 基本概念429

8.4.2 测量原理429

8.5 激光粒度分析仪431

8.5.1 粒径的定义与概念度分布粒432

8.5.2 激光粒度分析仪的基本原理433

8.5.3 常见粒度测量仪对比436

8.5.4 粒度仪的性能指标437

8.5.5 对粒度仪及测量结果认识上的误区437

8.5.6 激光粒度分析仪在医学中的应用438

8.6 其他纳米技术仪器440

8.6.1 摩擦力显微镜440

8.6.2 纳米测长仪441

8.6.3 量块快速检测仪442

8.6.4 X射线衍射仪442

主要参考文献443

纳米科技大事记445